Fotonapon

Zahvaljujući fotoelektričnom efektu  u fotonaponskim modulima se sunčeva svijetlost pretvara u napon odnosno električnu energiju bez ispuštanja stakleničkih i drugih štetnih plinova. Još je davne 1839 francuski fizičar Alexandre Edmond Becquerel otkrio ovaj fenomen, a 1905 je Albert Einstein uspio ispravno objasniti foto efekt, za što je kasnije dobio Nobelovu nagradu za fiziku. Nakon niza daljnjih otkrića i razvoja uspjelo je 1954 Daryl Chapinu, Calvin Fulleru i Gerald Pearsonu proizvesti silicij ćeliju s efikasnošću od preko 4%. Prva tehnička namjena pronađena je sredinom 50-tih u satelitskoj tehnologiji. 60-tih i 70-tih je došlo do značajnog napretka, zbog potreba svemirskih letova.

Zbog energetske krize i rastuće ekološke svijesti rastu nastojanja da se tehnologija za pretvorbu sunčeve u električnu energiju učini i gospodarski interesantnom. U tu svrhu je i Republika Hrvatska uvela tarifni sustav za otkup električne energije dobivene iz obnovljivih izvora. Prema trenutnom stanju, za električnu energiju dobivenu iz sunca otkupna cijena se kreće od 2,10 do 3,40 kn/kWh. Takvim se otkupom skraćuje vrijeme povrata investicije na ca. 6-9 godina.

Tehnologija

Solarne ćelije se mogu  podijeliti prema više različitih kriterija . Mogu se podijeliti prema debljini ćelije u debeloslojne i tankoslojne.

Daljnji kriterij je materijal od kojeg su izrađene: poluvodiči kao što su CdTe, GaAs, CulnSe, a najčešće se koristi Silicij.

Struktura kristala može biti kristalinska (monokristalini i polikristalini) ili amorfna.

Osim poluvodičkih materijala istražuju se mogućnosti primjene novih materijala poput organskih ćelija ili obojenih solarnih ćelija.

Iako postoje mnoge vrste solarnih ćelija, osvrnut ćemo se samo na one koje su najčešće u upotrebi i najdostupnije običnim korisnicima. To su silicijske ćelije koje možemo podijeliti u:

Debeloslojne

Monokristalne – imaju veliki stupanj korisnosti od preko 20 %, Gustoća snage iznosi 20–50 W/kg; ova je tehnologija već vrlo sazrela i uobičajena, ali još uvijek zahtjeva mnogo energije kod proizvodnje što se loše odražava na ukupnu energetsku bilancu.

Polikristalne – u međuvremenu su napravljene polikristalne ćelije sa stupnjem korisnosti do 16% (kod nekih eksperimentalnih ćelija je postignuto i preko 18%), imaju znatno bolju energetsku bilancu (vrijeme potrebno za povrat uložene energije). Trenutno su to ćelije s najboljim odnosom cijene i snage.

Tankoslojne

Amorfni silicij – imaju najveći tržišni udio kod tankoslojnih solarnih ćelija. Uobičajeni stupnjevi korisnosti su od 5 do 8 %. Imaju gustoću snage oko 2000 W/kg. Proizvodnja je jednostavna i brza pa se čak i u Terawatt količinama bez problema može snabdijevati tržište.

Kristalinski siliciji (mikrokristalinski silicij) – u kombinaciji sa amorfnim silicijem daje bolji stupanj korisnosti do preko 10%. Proizvodnja je slična kao kod amorfnog silicija.

Fotonaponski sustavi

Solarne fotonaponske sustave možemo podjeliti na dvije osnovne grupe:

Mrežni sustavi – su solarni sustavi koji su spojeni na elektroenergetsku mrežu. Mrežni sustavi rade na principu  da svu električnu energiju proizvedenu  na taj način ili višak proizvedene električne energije iz solarnih panela usmjeravamo  u mrežu, odnosno kada nedostaje električne energije uzima se iz mreže.

U Hrvatskoj  zbog postojećeg tarifnog sustava za otkup struje iz obnovljivih izvora energije, mrežni solarni sustavi su u većini slučajeva koncipirani da se sva energija koju proizvedu solarni moduli usmjerava i prodaje u mrežu, a sva električna energija za vlastite potrebe uzima se iz mreže. Takav sustav daje najkraće vrijeme povrata investicije. Nažalost je birokracija, odnosno sam postupak dobivanja statusa povlaštenog proizvođača električne energije toliko kompliciran da može trajati i preko godinu dana i mnogo živaca dok se ne realizira cjelokupan projekt i struja iz fotonaponskog sustava ne bude usmjerena  prihvaćena u mrežu.

Otočni sustavi – su solarni fotonaponski sustavi koji nisu spojeni na elektrodistributivnu mrežu. Ovakvi sustavi su nešto kompleksniji i skuplji od mrežnih sustava jer osim fotonaponskih  modula  i pretvarača potrebni su i akumulatori za spremanje odnosno skladištenje struje, a upravo su akumulatori najskuplji dio sustava. Ovi su sustavi ekonomski neisplativi  tamo gdje postoje mrežni sustavi, ali imaju vrlo široku i efikasnu  primjenu

U područjima gdje nije moguće dobiti priključak na mrežu ili gdje je izvođenje mrežnog priključka preskupo i komplicirano. To mogu biti kuće i vikendice, poljoprivredna gospodarstva, kampovi i drugi objekti na zabačenim lokacijama.